in JavaScript

Cluster,把多核用起来

引子

众所周知,虽然Node的底层有一个IO线程池,但其应用层默认是单线程运行的,对于多核CPU环境来说,是一种资源的浪费。

所幸Node提供了child_process 模块,让开发者得以开多个进程,实现每个进程各自利用一个CPU,以实现多核的利用。

child_process 模块给予Node 可以随意创建子进程的能力。因为 child_process 类本身是一个 EventEmitter,所以进程间通信很容易;且父子进程间通信并不通过网络层,而是在内核中完成,高效。

但 child_process 对于开发者来说,编程模型还是过于复杂,需要操心的细节过多,比如:父进程崩溃了,子进程回收是需要开发者提供代码来处理的——如果开发者只是想单纯利用多核模型,对具体工作进程的控制粒度并没有太多设想,那这种开发模型无疑是令人头疼的。

针对这个问题,Node 提供了 Cluster 模块。Cluster 简化了父子模型编程模型,只区分:当前进程是不是 Master,是 Master 就可以fork子进程,不是那就请行使 Worker 职责。至于什么资源的回收,负载的调配,uncaughtException的处理,它自有安排。

本质上, Cluster 是 child_process 和 net 模块的组合应用。它不仅简化了编程模型,还使得共享监听同一端口成为可能。

更多关于Cluster的原理这里不表,感兴趣可以移步 → 解读Nodejs多核处理模块cluster

场景

用Node快速搭站呢,当然就用 express 咯 🙂 所以,需求就是用 Cluster 做个单机集群,多进程跑 express,提升站点的吞吐量。

实验

先用 express-generator 搭个框子,模板引擎还是使 ejs 吧:

express-generator 默认会把 app.js 生成好,一行代码不写,一个完备的 http server 是已经实现的了。So,我们可以实现一个 Cluster 单机集群,clusterMaster.js:

可以看到:

  • Cluster 是通过 isMaster 来区分父子进程的。父进程中处理创建逻辑:根据 CPU的核数,创建相应数量的子进程;子进程中运行具体的 Server 创建代码。够简单的模型~
  • 在 Cluster 父进程端,是始终能获知 当前worker 的。而当前 worker 的 pid 呢,在有worker 句柄情况下,对应的是 woker.process.pid;在子进程运行的上下文中,就是 process.pid。这不难理解~
  • 我们为新fork出来的子进程添加了消息处理函数,使得任何子进程运行代码,都可以随时利用消息触发它:用途挺广泛的,稍后会演示一个例子
  • 在子进程退出时,Cluster 父进程会收到 exit 消息,这时会重fork一个新子进程来补缺

假设用户访问这个站点: localhost:3000/,我希望告诉他,是哪个子进程在为他渲染页面。那么,在 /routes/ 添加一个express 路由 index.js:

可以看到,除了路由,还使用 process.send 发送了消息,它实际上会触发之前代码中子进程注册的 workerListener,向它汇报路径和进程号;由于使用了 render,那自然是少不了 ejs 模板, /views/index.js:

模板会将 render 携带的子进程 pid 渲染到页面上; 当然少不了在 app.js 中添加路由映射:

运行程序,在 shell 下 看看进程生成情况:

processes of Cluster

一父四子,试着用 kill 64163杀死一个子进程。可以在console看到,主进程收到了 exit消息,并重新fork一个新的进程:

fork a new process

测试一下负载,用 Chrome 重复访问几次站点,似乎 worker 子进程 一直未变:

access via chrome

用 ab 来模拟一下并发,让它一个核忙不过来:

simulate concurrency via ab
换 Safari 浏览器访问一下站点,这次换了一个 worker 进程来服务,速度还不慢 🙂

access site root via safari

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